无人机之所以能够（gòu）在空中自主（zhǔ）飞行就是（shì）因（yīn）为无人（rén）机也和人类一样，也拥有一个大（dà）脑，究竟是什么（me）样的一（yī）个大（dà）脑（nǎo）才能够（gòu）控制一架（jià）飞（fēi）机（jī）在空中自（zì）动驾驶呢？下面劲鹰无（wú）人（rén）机来为你解（jiě）答。
飞（fēi）控，也称自驾仪（yí）。有了这套自（zì）驾仪，通过地面端（duān）的电脑就或者（zhě）手机就可以控制一架（jià）飞机自主起飞、自主导（dǎo）航、自主（zhǔ）降落了。
什么是飞控（kòng）呢？飞控就是飞机飞（fēi）行控制器（qì）的（de）简称，既然是控（kòng）制器，那（nà）么这里（lǐ）边也应该有一（yī）台微电（diàn）脑之类的来控制飞机，事实上现在的飞控（kòng）内部（bù）除（chú）了一些传感器外还有就是（shì）多块单片（piàn）机构成。
现在的飞控内部使用的都是由（yóu）三轴陀（tuó）螺（luó）仪，三轴加速度计，三（sān）轴（zhóu）地磁传感（gǎn）器（qì）和气压（yā）计组成的（de）一个IMU，也称惯（guàn）性测量单元。那么（me）什么是三轴陀螺仪，什么是三轴加速（sù）度计，什么是三轴地磁传感器呢（ne），气（qì）压计？它们（men）在（zài）飞机上（shàng）起（qǐ）到的是什么作用（yòng）呢，这三轴又（yòu）是（shì）哪三（sān）个轴呢？三轴陀螺仪，三轴加（jiā）速度计，三轴地磁传感器中的三轴指的就是飞（fēi）机（jī）左右，前后垂直方向上下这（zhè）三个轴，一（yī）般都用XYZ来代表。左右方向在飞机中（zhōng）叫（jiào）做横（héng）滚，前后方向（xiàng）在飞机（jī）中叫做俯仰，垂（chuí）直（zhí）方向（xiàng）就是Z轴。陀螺都知道，小时（shí）候基本上都玩（wán）过，在不转动的（de）情况下它很难站（zhàn）在（zài）地上，只有转动起来了，它才会（huì）站立在（zài）地上，或者说自行车，轮子越大越重的车子就越稳定，转弯（wān）的时候（hòu）明显能够感觉到一（yī）股阻力（lì），这就是陀（tuó）螺效应，根据陀螺（luó）效应，聪明的人们（men）发明（míng）出（chū）的（de）陀螺仪。最早的陀螺（luó）仪是一个高（gāo）速旋转的陀螺，通过三个灵活的轴将这（zhè）个陀（tuó）螺固定在（zài）一个框架中，无论外部框架怎么（me）转（zhuǎn）动，中间（jiān）高速旋转的陀螺始终保持一个姿态。通过（guò）三个轴上的传感器就能够计算出（chū）外部框架旋转的度数（shù）等数（shù）据。
由于成（chéng）本高，机（jī）械结构（gòu）的复杂，现在都被电子陀螺仪代替，电子陀螺仪的（de）优（yōu）势（shì）就是成（chéng）本低，体（tǐ）积小（xiǎo）重量轻，只有几克（kè）重，稳定性还（hái）有精度都比机械陀螺高。说道这，大家也就明（míng）白陀（tuó）螺仪在飞控中（zhōng）起到的作用（yòng）了吧，它就是测（cè）量XYZ三（sān）个（gè）轴的倾（qīng）角的。那么三轴加速（sù）度计时干（gàn）什么的（de）呢，别急，我来给你解（jiě）答（dá），刚刚说道三轴陀螺仪就（jiù）是XYZ三个轴（zhóu），现在不用说也就明白三轴加速度计（jì）也是XYZ三个轴。当我（wǒ）们开车（chē）起（qǐ）步的一瞬间就会感到背（bèi）后有（yǒu）一股推力，这股推力呢就（jiù）是（shì）加速（sù）度（dù），加速度是速度变（biàn）化（huà）量与发生这一变（biàn）化时间的比值，是描述物（wù）体变化快慢的物理量，米每二次方秒，例（lì）如一辆（liàng）车在（zài）停止状态下（xià），它的加速度是0，起步后，从每秒0米到（dào）每秒10米，用时（shí）10秒（miǎo），这就是这辆车（chē）的加速度，如果车速（sù）每秒10米的速度行驶，它（tā）的加速度就是（shì）0，同（tóng）样（yàng），用10秒的时间减速，从每秒10米减速（sù）到每秒5米，那么它的加速（sù）就（jiù）是负数（shù）。三（sān）轴加速度（dù）计就是测量飞机XYZ三个（gè）轴的加（jiā）速度。
我们日常出行都是（shì）根据路标或记忆（yì）来寻找（zhǎo）自（zì）己（jǐ）的面（miàn）向的，地磁传感器就是（shì）感（gǎn）知（zhī）地磁（cí）的，就是一个电子指南针，它可以让（ràng）飞机知道自（zì）己的飞行朝向，机头朝向，找到任务位置和家的位置（zhì）。气压计呢（ne）就（jiù）是（shì）测量当前（qián）位（wèi）置的大气（qì）压，都知道高度越高，气压越低，这（zhè）就是人（rén）道高原之后为（wéi）什（shí）么（me）会有高原（yuán）反应了，气压（yā）计是通（tōng）过测（cè）量不同位置的气压（yā），计算压差（chà）获得（dé）到当前的（de）高度（dù），这就是（shì）整个IMU惯性测量单元（yuán），它在飞机中起到的作（zuò）用就（jiù）是感知飞机姿态的（de）变（biàn）化，例如飞机当前是前（qián）倾（qīng）还是左右倾斜，机（jī）头朝向、高（gāo）度等最基本的姿态数据，那么这些数（shù）据在飞空中（zhōng）起到的作用是什么呢？
飞控最基本的（de）功能控制一（yī）架飞（fēi）机（jī）在（zài）空中飞行时的平衡，是由IMU测量，感知飞机当前的（de）倾（qīng）角数据（jù）通过编（biān）译器编译成电子（zǐ）信号（hào），将这个信号通过信号新时（shí）时传输（shū）给飞控内（nèi）部的（de）单（dān）片机，单片机负责的是（shì）运算（suàn），根据飞机当前（qián）的数据，计算出一个补偿方向（xiàng），补偿角（jiǎo），然后（hòu）将这（zhè）个补偿数（shù）据编译成电子信号，传输给舵机或电机，电（diàn）机（jī）或舵机在（zài）去（qù）执行命（mìng）令，完成补偿动作，然后传感器感知到飞机平（píng）稳了，将实（shí）时数据再（zài）次给单片机，单片机会停止补偿信（xìn）号，这就形成了一个循环，大部分飞控（kòng）基本上（shàng）都是（shì）10HZ的（de）内循环，也就是（shì）1秒刷新十次（cì）。这就是飞控最基本的功能，如果没有此功能（néng），当一（yī）个（gè）角（jiǎo）一旦倾斜，那么飞机就（jiù）会快速的（de）失去平衡导致坠机，或者说没（méi）有气压（yā）计测量不到自己的高度位置就（jiù）会一直（zhí）加（jiā）油门或者一直（zhí）降油（yóu）门。其次，固（gù）定翼飞控（kòng）还有空速传感器（qì），空速传（chuán）感器一般（bān）位于机（jī）翼上或机（jī）头（tóu），但不会在螺旋桨后边，空速传感器就是两路测量（liàng）气压的（de）传感器（qì），一路测量（liàng）静止气压，一路测量迎风（fēng）气压，在计算（suàn）迎风气压与静（jìng）止气压（yā）的压差就可（kě）以算出当前的空气流（liú）速，一（yī）般是m/s。
有（yǒu）了最基（jī）本的平衡、定高和指南（nán）针等功（gōng）能，还不（bú）足（zú）以让一（yī）家飞机能够（gòu）自主导航，就像我们去（qù）某个（gè）商场（chǎng）一样（yàng），首先我们需要知道商场的所在（zài）位置，知道自（zì）己所在的位（wèi）置，然后根据交（jiāo）通（tōng）情况（kuàng）规划路线。飞控（kòng）也（yě）亦然，首先（xiān）飞控需（xū）要知道自己所在位置，那就需（xū）要定（dìng）位的，也（yě）就（jiù）是我们常说的GPS，现在定位（wèi）的有GPS、北斗、手机网（wǎng）络等定（dìng）位系统，但是（shì）这（zhè）里（lǐ）面（miàn）手机网络定位是（shì）最差的，误（wù）差好的话几十米，不（bú）好（hǎo）的话上（shàng）千米（mǐ），这种误差（chà）是飞（fēi）控无法接受的，由于GPS定位（wèi）系统较早，在加上是开放的（de），所以大（dà）部分飞控采用的都是GPS，也有少数采用的北斗定位。精度基本都在3米内，一般开阔地（dì）都是50厘米左（zuǒ）右（yòu），因环境干扰，或建筑物、树木之（zhī）类的（de）遮挡，定位可能会差，很有可能定位（wèi）的是虚假信号（hào）。这也就是为什么民用无人机频频坠机、飞丢的一个主要（yào）原（yuán）因。
GPS定位原理就是三点定（dìng）位，天上的（de）GPS定（dìng）位卫（wèi）星距离地球表面22500千米处，它们（men）所（suǒ）运动（dòng）的轨（guǐ）道正（zhèng）好形成一个网状（zhuàng）面，也就是说在地球上的任意一点，都有可以同时收到3颗以上的卫星（xīng）信号。卫星在运动的过程中会一直不断的发出（chū）电波信号（hào），信号（hào）中包含数据包，其中就有时间信号。GPS接收机（jī）通（tōng）过解算来（lái）自多颗卫星的数据包，以（yǐ）及时间信（xìn）号，可以清楚（chǔ）的计算（suàn）出自己与每一颗（kē）卫星的距（jù）离，使用三角向量关系计算出自己所在的位（wèi）置。GPS也（yě）定位了，数据也有了，这个信号也会通（tōng）过一个（gè）编译器在次编译成一（yī）个电子信号传给飞控，让飞控知（zhī）道自己所（suǒ）在的位置、任务的位置和距离、家的位（wèi）置和距离以及当前（qián）的速度和高度，然后再由飞控驾驶飞机飞向任务位置或回家（jiā）。刚刚我们也说了，GPS能够测速也能（néng）够测高度，为什么要有气压（yā）计和空速计（jì）呢（ne）？这就是为了（le）消除误差，飞机飞起来是（shì）不与地面接触（chù）的，直接接触的是空气，假设飞行环境（jìng）是无风的环境，飞机在地面滑跑加（jiā）速，加（jiā）速（sù）到（dào）每秒20米的速（sù）度然后再拉升降（jiàng）舵起（qǐ）飞，这样GPS测量到的数值是（shì）准确的，但是要是逆风呢，是因为机翼与空气相对的（de）运动（dòng）达到（dào）了一定的速度才能够产生（shēng）一定的升力让飞（fēi）机起飞，如果在逆风环（huán）境（jìng）下，风速（sù）每秒10米（mǐ），飞机只需要加速到每秒10米就可以（yǐ）正常离地了，如果加速到（dào）每秒20米（mǐ），相对空气的速（sù）度已经达到了每秒30米，或者说（shuō）顺（shùn）风起飞，风速每秒（miǎo）20米，飞机GPS测速（sù）也达到了20m/s的速度，这个时候拉升降舵，飞机动都不会动，因为（wéi）相对空气（qì）速度是0米，达不到起飞条（tiáo）件，必须（xū）加速到每秒40米的（de）时候才能达到升力起飞。这就（jiù）是空速计（jì）的（de）作用，GPS测量的只（zhī）是地速，刚（gāng）刚降（jiàng）到（dào），GPS也可（kě）以（yǐ）定高，第一GPS定（dìng）位（wèi）精（jīng）度是3米（mǐ）内，也就是说飞（fēi）控能感（gǎn）知到的是（shì）平（píng）面方向的两倍误差，信（xìn）号不好的（de）话十几米都有可（kě）能，还有GPS不定（dìng）位（wèi）的时候，另外GPS定高数据是海拔高度（dù）并不是（shì）地面垂直高度，所以（yǐ）GPS定高在飞控中不管用。有了（le）GPS飞控也知道飞机位置（zhì）了，也知道家的（de）位置和任务位（wèi）置，但是飞控（kòng）上的任务以（yǐ）及家的位置飞（fēi）控是怎么知道的呢（ne），这就是地面站的作用。
地面站，就是在（zài）地面的基站，也就是指挥飞机的，地面站可以分为单（dān）点地（dì）面（miàn）站（zhàn）或者多点地面站，像民航（háng）机场就（jiù）是（shì）地面站（zhàn），全国甚至全球所有的（de）地面站都在时时联网，它们（men）能够（gòu）清（qīng）楚的知道（dào）天上（shàng）在飞行的（de）飞机，并能时（shí）时监测（cè）到飞机当（dāng）前的飞行路线，状况等，以及时时的调度等。像我们用（yòng）的无人机大部分都是单点（diǎn）地（dì）面站（zhàn），单点地（dì）面站一般由（yóu）一（yī）到多个人值（zhí）守，有技术员，场务人员，后勤员，通信员（yuán），指挥员（yuán）等（děng）人组成。
地面站设备组成一般都是（shì）由遥（yáo）控器、电脑、视频显（xiǎn）示器，电源系统，电台等设备（bèi）组成，一般（bān）简单的来说（shuō）就是一台电脑，一个电（diàn）台，一个（gè）遥控，电脑上（shàng）装有控（kòng）制（zhì）飞机（jī）的软件，通过航线规划工具规划（huá）飞机飞行的线路，并设（shè）定飞行高度，飞行速度，飞行地点，飞行任（rèn）务（wù）等通过数据口连接（jiē）的（de）数传电台将任务数据（jù）编译传送至飞控中，这里就有讲到数传电台，数（shù）传电（diàn）台就（jiù）是（shì）数据传输电台（tái），类似我们最和耳朵一样，好比领导说今天做什么任务，我（wǒ）们（men）接受到任务并回答（dá）然后再去执行任务，执行任务的时候时（shí）实情况实时汇报给领导，这其中（zhōng）通信就是嘴巴和耳朵。
数传电台就是飞机与（yǔ）地面站通信的一个主要工具（jù），一般的数传电台采用（yòng）的（de）接口协议有TTL接口、RS485接口和RS232接口（kǒu），的不过也有一些CAN-BUS总（zǒng）线（xiàn）接（jiē）口（kǒu），频率有（yǒu）2.4GHZ、433MHZ、900MHZ、915MHZ，一般433MHZ的较多，因为433MHZ是个开放的频段，再加（jiā）上433MHZ波长较长，穿透力强等优势所以大部（bù）分民用（yòng）用户（hù）一般（bān）都（dōu）是用的（de）433MHZ，距（jù）离（lí）在5千米到15千米不等，甚至更远。最终达到的就是飞机与电脑间的通讯，电脑给飞机的任务（wù），飞机时时飞行高度，速度等很多数据都会（huì）通（tōng）过它（tā）来（lái）传输。以（yǐ）方便我们时时监控飞机情（qíng）况，根据需要随（suí）时修改飞机航向。
整套无（wú）人机飞控工作原理就是地（dì）面站开机，规（guī）划航线，给飞控开机，上传航线至飞控，再设置自动起飞及降（jiàng）落参数（shù），如（rú）起飞（fēi）时（shí）离地速度，抬头角度（起飞（fēi）攻（gōng）角，也称（chēng）迎角），爬升高度，结束高（gāo）度，盘旋（xuán）半（bàn）径或直径（jìng），清（qīng）空空（kōng）速计等（děng），然后检查飞控中（zhōng）的（de）错误、报（bào）警，一切正（zhèng）常，开始起飞，盘旋几周后在开始飞向任（rèn）务点，执行（háng）任务，最后（hòu）在降落，一般郊外建议伞降或手动滑（huá）降，根（gēn）据场地选择。飞机在飞行过程中如果偏离航（háng）线，飞控就会一直纠正这个（gè）错误，一（yī）直（zhí）修正（zhèng），直到复位（wèi）为止（zhǐ）。
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